ЛИТЕЙНЫЕ СПЛАВЫ

У титановых сплавов хорошие литейные качества. Недостатком литейных титановых сплавов является большая склонность к погло­щению газов и высокая активность при взаимодействии со всеми формовочными материалами. Поэтому их плавка и разливка ведут­ся в вакууме или в среде инертных газов.

Для фасонного литья применяют сплавы, аналогичные по хими­ческому составу некоторым деформируемым - ВТ15Л, ВТЗ-1Л, ВТ14Л, а также специальные литейные сплавы - ВТЛ1, ВТ21Л.

У литейных сплавов, по сравнению с соответствующими деформируемыми, механические свойства худшие.

Самый дешевый и распространенный сплав - ВТ15Л - обладает хорошими литейными свойствами, он достаточно вязок и пластичен, но прочность его невысока. К наиболее прочным из промышленных сплавов относятся ВТЗ-1Л, ВТ21Л. Литейные сплавы применяются для изготовления трубных заготовок и различных фасонных отливок.

Рассмотренные примеры, безусловно, не исчерпывают всех возможностей применения титановых сплавов в ракетостроении. Од­нако и приведенные данные показывают широкие перспективы за­мены титановыми сплавами более тяжелых сталей и менее жаропроч­ных алюминиевых сплавов, предназначенных для ряда деталей ра­кетных конструкций [59 - 66].

9.4. НИОБИИ И ЕГО СПЛАВЫ

9.4.1. КРАТКИЕ ИСТОРИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Элемент, занимающий в таблице Менделеева 41-ю клетку, человечеству известен давно. Возраст его нынешнего названия - нио­бий - почти на пол столетия меньше. Получилось так, что элемент № 41 был открыт дважды. Первый раз - в 1801 г., когда английский ученый Чарльз Гатчет исследовал образец черного минерала, присланного в Британский музей из Америки. Из этого минерала он выделил оксид неизвестного прежде элемента. Новый элемент Гатчет назвал колумбием, делая акцент тем самым на его заокеанском происхождении. А черный минерал получил название «колумбит».

Год спустя шведский химик Экерберг выделил из колумбита оксид еще одного нового элемента, назвав его танталом. Сходство соединений Колумбия и тантала было так велико, что в течение 40 лет большинство химиков считали: тантал и колумбий - один и тот же элемент.

В 1844 г. немецкий химик Генрих Розе, исследуя образцы колумби­та, найденные в Баварии, вновь обнаружил оксиды двух металлов, од­ним из которых оказался уже известный тантал. Оксиды были похожи, и, подчеркивая их сходство, Розе назвал элемент, образующий второй оксид, ниобием - по имени Ниобы, дочери мифологического мучени­ка Тантала, - хотя и не смог получить его в свободном состоянии.

Металлический ниобий был впервые получен лишь в 1866 г. шведским ученым Блюметрандом при восстановлении хлорида нио­бия водородом. В конце XIX в. были найдены еще два способа полу­чения этого элемента.

Именовать же элемент №41 продолжали по-разному: в Англии и США - колумбием, в других странах - ниобием. Конец разногла­сиям положил Международный Союз теоретической и прикладной химии в 1950 г. Было решено повсеместно узаконить название эле­мента - ниобий, а за основным минералом ниобия так и закрепи­лось наименование «колумбит».

В бывшем СССР, в Гиредмете, ученые Н. П. Сажин, О. П. Калгин, Н. П. Пенкин и др. с 1934 г. занимались разработкой научных основ, технологии и аппаратуры карботермического способа получения нио­бия, - затем он стал основным промышленным способом. Получать пла­стичный ниобий из натриетермического порошка в промышленном мас­штабе в СССР ученые О. П. Калгин, Н. П. Чувелева и др. начали в 1952 г.

В земной коре находится 3,2-10“³ % (по весу) ниобия. В природе обычно встречаются смеси изоморфных соединений ниобия и тан­тала. Кроме того, в эти соединения входят железо, марганец, щелоч­ные и щелочноземельные металлы, а также титан, цирконий, торий, уран, олово, сурьма, висмут, вольфрам и другие. В настоящее время найдено много минералов (около 100), содержащих ниобий, однако лишь немногие из них имеют промышленное значение ввиду труд­ности отделения ниобия от других находящихся с ним элементов.

9.4.2. СЫРЬЕВЫЕ ИСТОЧНИКИ

Все минералы, содержащие ниобий, подразделяют на две основ­ные группы:

1. Танталы - ниобаты, представляющие собой соли ниобиевой и танталовой кислот. Основные минералы этой группы: танталит и колумбит. Состав минералов может быть выражен общей фор­мулой

(Fе, Мn) [Та, NbO₃]₂.

Примерный химический состав колумбита (%): 68 Nb₂O₅; 10 Та₂O₅; 6 FеО; 15 МnО; 0,5 ТiО; 0,5 ТiO₂.

Соотношение между этими элементами изменяется в широких пределах. В случае преобладания ниобия минерал называется колум­битом, при преобладании тантала - танталитом. Сумма окислов (Nb₂О₅+Та₂O₅) составляет 75...85 %.

2. Титано (тантало)-ниобаты - сложные соли титановой, ниоби­евой (танталовой) кислот. Среди минералов этой группы наиболее важны: лопарит и пирохлор. Попарит представляет собой титано- ниобат натрия, кальция и редкоземельных элементов.

Общая формула минерала - (Nа, Са...Се)₂ (Nb, Ti)₂O₆. Встреча­ются минералы ниобия главным образом в гранитных пегматитах (танталит и колумбит) и в щелочных нефелин-селенитовых пегма­титах (лопарит, пирохлор и др.). Кроме рудных месторождений из­вестны и россыпные, где концентрируются танталит и колумбит.

Для производства ниобия используются руды с различным со­держанием этого элемента. Использование тех или иных руд часто зависит от содержания в них других элементов, которые извлекают­ся наряду с ниобием. В связи с этим промышленное значение имеют руды, содержащие в пересчете с Nb₂O₅ даже сотые доли процента ниобия.

Вследствие низкого содержания ниобия в рудах их обогащают, после чего содержание Nb₂O₅ повышается до 40...50 %.

Месторождения ниобиевых минералов находятся во многих ме­стах земного шара. Месторождения танталитов и колумбитов сосре­доточены главным образом в бывшем СССР, Норвегии, Франции, США, Аргентине, Канаде, Африке, Австралии, Гренландии и др., месторождения пирохлора – в Швеции, Африке.